改进型的磁流变液剪切屈服强度测试仪

　　0引言

　　磁流变液的流变性能在外部磁场的作用下能发生无级可逆的变化，这种优良特性使磁流变器件在减振、人工智能、密封和超光滑表面加工等领域得到了广 泛的应用。磁流变液的流变性能对磁流变器件的功能起着决定性的作用，磁流变液的剪切屈服强度及响应时间是表征其流变性能的主要参数，因此，准确测定磁流变 液剪切屈服强度的大小及其响应时间，对于磁流变液的应用有着重要的意义。

　　目前，国内外研制的磁流变液流变性能测试仪主要是按照磁流变液在工程应用中的工作模式来设计，主要有流动模式和剪切模式两种。其中，流动模式是 一种间接测量法，这种测量方法简单、易操作，但这种方法建立的理论关系没有考虑流动惯性效应，只适用于测量在静态磁场且磁场强度较低时磁流变液的流变性 能，测量误差较大。剪切模式是一种直接测量法，可直接动态测量磁流变液的流变性能，因而，剪切模式的磁流变液测试仪应用更为广泛。剪切模式的磁流变液测试 仪的结构型式主要有同心圆桶式和同心圆盘式两种，但就目前公开报道的仪器使用情况来看，仍然存在着以下不足:

　　1测试仪的工作原理

　　磁流变液的本构方程可以用Bingham粘塑模型来描述:

　　式中:τ为磁流变液的剪切应力，Pa;η为磁流变液的表观粘度，Pa·s;y^o为磁流变液的剪切率，s^-1;τy为与磁感应强度有关的剪切屈服强度，Pa。

　　磁流变液的剪切屈服强度τy虽然不能直接测出，但如果能测出磁流变液的剪切应力τ(一般认为τ仅仅是磁感应强度B和剪切率γo的函数)，则由式1可算出磁流变液的剪切屈服强度τy。

　　由图1可见，磁流变液被置于用工业纯铁制成的两平行圆盘之间，下圆盘不动，上圆盘在步进电机的驱动下以角速度ω旋转。磁场方向垂直于圆盘表面并作用于磁流变液。若圆盘的半径D/2远大于两圆盘的间距h，则可以认为剪切率尹是极半径γ的线性函数，即:

　　所以在磁流变液内的(r，θ)点处的剪切应力可用下式计算(θ为极角):

　　此测试系统需要测量的参数有角速度ω、磁感应强度B、扭矩M。

　　2测试仪的结构与测试方案

　　2.1总体设计方案

　　磁流变液剪切屈服强度测试仪的结构框图见图2。信号发生器输出脉冲信号至步进电机驱动器，步进电机驱动器将接收到的脉冲信号转化为步进电机的角位移，步进电机驱动上圆盘旋转。通过扭矩传感器测量上下圆盘间的磁流变液发生流变后所产生的扭矩。